JP7236721B2 - 固定装置、および当該固定装置を備えた固定システム - Google Patents

Description

この発明は、固定装置に関し、より詳しく言えば、マシニングセンタのテーブル等の基準部材にワークパレット等の可動部材を着脱可能に固定する固定装置に関する。

この種の固定装置には、特許文献１（国際公開第２００４／０１２９０２号）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。

その従来公報の第１図に示すように、基準部材に設けられた圧油給排路を経て油圧室へ圧油が供給される。その油圧室の油圧力によってピストンがクランプバネに抗してロッドを上昇させ、各ボール（係合ボール）が退避溝に対面して係合解除位置へ移動することで、ロック解除状態となる。

国際公開第２００４／０１２９０２号パンフレット

上記の従来技術は次の問題がある。通常、ワークパレット等の可動部材は、ロボットアーム等の搬送装置によって搬送される。このため、上記の従来技術では、可動部材を搬送する操作と、固定装置をロック状態とロック解除状態とに切り換える操作とを個別に行う必要性があり操作が煩雑であった。

本発明の目的は、操作を簡略化することが可能な固定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図５に示すように、固定装置を次のように構成した。
基準部材Ｒに可動部材Ｍを着脱可能に固定する固定装置１であって、上記可動部材Ｍに形成された第１孔Ｍ１に挿入可能な筒部材１２が、先端側に開口１２ｃを有する。上記筒部材１２の周壁に設けられると共に、上記可動部材Ｍと係合する係合部材１４が、上記筒部材１２の半径方向に移動可能となっている。上記筒部材１２内に挿入され、当該筒部材１２の軸方向へ移動可能な出力部材１５が、上記開口１２ｃを介して押圧されることにより上記係合部材１４を係合位置Ｘまたは係合解除位置Ｙに移動させる。

本発明は、上記のように構成されることから、次の作用効果を奏する。
例えば固定装置によって可動部材が基準部材に固定されている場合、固定装置の先端側に形成された開口を介して出力部材を押圧操作することにより、固定装置をロック状態からロック解除状態に切り換える構成とすることができる。このため、例えば可動部材を搬送する搬送装置に出力部材を押圧操作するための押圧部材を設けることにより、可動部材の搬送と、固定装置のロック状態とロック解除状態との切り換えとを、搬送装置で操作することが可能となる。したがって、本発明によれば、操作を簡略化することが可能な固定装置を提供することができる。

上記の本発明は、下記（１）から（３）のとおり構成することが好ましい。
（１）例えば図３および図４に示すように、上記出力部材１５が押圧されたとき、上記係合部材１４は上記係合位置Ｘから上記係合解除位置Ｙに移動する。

この場合、出力部材が押圧される間はロック解除状態となる固定装置を構成することができる。

（２）例えば図１～図５に示すように、上記出力部材１５を先端側へ付勢するバネ部材１６をさらに備える。

この場合、出力部材が押圧されていないとき出力部材は先端側に戻るため、出力部材の押圧操作に連動した、固定装置のロック状態とロック解除状態との切り換えを好適に行うことができる。また、固定装置の作動に圧油等の圧力流体が不要となるため、固定装置および基準部材の構成を簡略化することができる。

（３）例えば図１～図５に示すように、上記係合部材１４を複数の係合ボール１４により構成し、上記第１孔Ｍ１に被係合部材６が設けられており、上記係合ボール１４は、上記係合位置Ｘにおいて上記被係合部材６の内周面６１ａに係合することにより、上記基準部材Ｒに上記可動部材Ｍを固定する。

この場合、係合ボールが可動部材の第１孔に設けられた被係合部材の内周面に係合するため、基準部材に可動部材をより確実に固定することができる。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、例えば図１から図５に示すように、固定システムを次のように構成した。
固定システムであって、上記基準部材Ｒに設けられ上記固定装置１と、上記可動部材Ｍを搬送する搬送装置２と、上記搬送装置２に設けられるシリンダ装置３であって、上記開口１２ｃに挿入可能な押圧部材３２ｃを有するシリンダ装置３と、上記搬送装置２に設けられるクランプ装置４であって、上記可動部材Ｍをクランプするクランプ装置４とを備える。

この場合、可動部材の搬送と、固定装置のロック状態とロック解除状態との切り換えとを、搬送装置で操作することができる。したがって、本発明によれば、操作を簡略化することが可能な固定システムを提供することができる。

上記の本発明は、下記（４）および（５）のとおり構成することが好ましい。

（４）例えば図２から図５に示すように、上記クランプ装置４は、上記可動部材Ｍに形成された第２孔Ｍ２の内周面と係合することにより上記可動部材Ｍをクランプする。

この場合、可動部材に形成された第１孔および第２孔に対して同一方向からシリンダ装置およびクランプ装置を挿入することで、固定装置のロック状態とロック解除状態との切り換えと、可動部材のクランプとを行うことができる。

（５）例えば図１から図５に示すように、上記搬送装置２をロボットアーム２により構成し、上記シリンダ装置３および上記クランプ装置４は、上記ロボットアーム２の先端部２ａに設けられる。

この場合、可動部材の搬送と、固定装置のロック状態とロック解除状態との切り換えとを、ロボットアームで好適に操作することができる。

図１は、本発明の実施形態を示し、固定装置を利用した固定システムの立面視の断面図である。 図２は、上記固定システムのクランプ装置がワークパレットをクランプした状態を示す、上記図１に類似する図である。 図３は、上記固定システムの固定装置のロックが解除された状態を示す、上記図１に類似する図である。 図４は、上記固定システムのロボットアームが上昇した状態を示す、上記図１に類似する図である。 図５は、上記ロボットアームがさらに上昇した状態を示す、上記図１に類似する図である。

以下、本発明の一実施形態を図１から図５によって説明する。

まず、図１から図５に基づいて、固定システムの各部の構造を説明する。固定システムは、可動部材としてのワークパレットＭを、基準部材としてのテーブルＲに固定する固定装置１と、搬送装置としてのロボットアーム２と、当該ロボットアーム２の先端部２ａに設けられるシリンダ装置３およびクランプ装置４とを備える。

まず、固定装置１の構造を説明する。図１に示すように、テーブルＲの上面に固定装置１のハウジング１１が取り付けられる。ハウジング１１は、先端側がテーブルＲの上面から突出しており、基端側がテーブルＲに埋設される。そのハウジング１１は、筒部材１２と、当該筒部材１２の下方から嵌入される下壁１３とを有する。

上記の筒部材１２内の基端側に収容孔１２ａが上下方向（筒部材１２の軸方向）に形成される。また、その収容孔１２ａに連通するように、筒部材１２内の先端側に収容孔１２ａよりも小径の操作孔１２ｂが上下方向に形成される。操作孔１２ｂは、筒部材１２の先端側で開口することで開口１２ｃを形成する。

筒部材１２の周壁に、ガイド孔１２ｄが周方向に所定の間隔をあけて４つ形成される（図１から図５には、ガイド孔１２ｄを２つだけ示す）。各ガイド孔１２ｄに、係合部材としての係合ボール１４が、筒部材１２の半径方向へ移動可能に設けられる。また、収容孔１２ａに、出力部材１５が上下方向に移動可能に挿入される。その出力部材１５は、筒部材１２の操作孔１２ｂと対向する上面が被押圧面１５ａとして機能する。また、出力部材１５には、その周壁に係合ボール１４を退避させる退避溝１５ｂが周方向に形成されると共に、退避溝１５ｂに連続形成され、下方に向かうにつれて拡がる（下方に向かうにつれて軸心から離れる）ように形成された出力面１５ｃが形成される。

上記の出力部材１５の下面と下壁１３の上面との間に進出バネ１６が装着され、その進出バネ１６が出力部材１５を上方へ付勢する。その進出バネ１６の内側には、下壁１３から上方へ突出した突起部１３ａが挿入される。その突起部１３ａによって、進出バネ１６が上下方向に案内される。その突起部１３ａは、出力部材１５に下方から当接可能（受止め可能）となっている。

このような構成の固定装置１では、開口１２ｃを介して出力部材１５の被押圧面１５ａが押圧されることにより、固定装置１がロック状態とロック解除状態とに切り換わる。より詳しく言えば、図１、図２および図５に示すように、出力部材１５が上端位置にあるとき、係合ボール１４は、出力部材１５の出力面１５ｃにより半径方向の外方へ押し出されることによって、係合位置Ｘに位置する。その結果、固定装置１がロック状態となり、テーブルＲにワークパレットＭが固定される。一方、図３および図４に示すように、被押圧面１５ａが押圧され出力部材１５が上端位置から下降したとき、係合ボール１４は半径方向の内方へ移動し、出力部材１５の退避溝１５ｂに受け止められることによって、係合解除位置Ｙに移動する。その結果、固定装置１がロック解除状態となり、テーブルＲからワークパレットＭが搬送可能な状態となる。

そのワークパレットＭには、固定装置１の先端側が挿入可能な第１孔Ｍ１と、クランプ装置４の先端側が挿入可能な第２孔Ｍ２とが形成される。第１孔Ｍ１には、固定装置１の係合ボールと係合する、被係合部材としてのブロック６が設けられる。そのブロック６は、固定装置１の係合ボールと係合する環状のリング部材６１と、当該リング部材６１を第１孔Ｍ１に固定する環状の固定部材６２とを有する。リング部材６１の内周面６１ａは、下側部分が内側に膨出しており、上方に向かって次第に拡径するテーパ面を有する。そのテーパ面が係合位置Ｘにある係合ボール１４と係合することにより、テーブルＲにワークパレットＭが固定される。

次に、ロボットアーム２の先端部２ａに設けられるシリンダ装置３およびクランプ装置の構造を説明する。
シリンダ装置３のハウジング３１の内部に、シリンダ孔３１ａが形成される。そのシリンダ孔３１ａには、ピストン３２ａが、封止部材３３を介して、上下方向（軸方向）に移動可能に保密状に嵌入される。そのピストン３２ａには、ピストン３２ａから先端側へピストンロッド３２ｂが突設される。ピストン３２ａとピストンロッド３２ｂとによって、出力部材３２が構成される。ピストンロッド３２ｂの先端側には、固定装置１の開口１２ｃに挿入可能な押圧部材３２ｃが取り付けられる。その押圧部材３２ｃが固定装置１の被押圧面１５ａを押圧することにより、固定装置１がロック状態からロック解除状態に切り換わる。

上記のピストン３２ａの上側に第１作動室３４が形成されると共に、ピストン３２ａの下側に第２作動室３５が形成される。第１作動室３４には、当該第１作動室３４に圧力流体を供給および排出するための第１給排路３６が連通する。第２作動室３５には、当該第２作動室３５に圧力流体を供給および排出するための第２給排路３７が連通する。

このような構成のシリンダ装置３では、第２作動室３５の圧力流体が第２給排路３７から排出されると共に、第１給排路３６からの圧力流体が第１作動室３４に供給されることにより、出力部材３２が下降する。また、第１給排路３６から第１作動室３４の圧力流体が排出されると共に、第２給排路３７からの圧力流体が第２作動室３５に供給されることにより、出力部材３２が上昇する。

クランプ装置４のハウジング４１内の先端側に、収容孔４１ａが上下方向（軸方向）に形成される。その収容孔４１ａに支持筒４２が上下方向および半径方向に移動可能に挿入される。支持筒４２は、下側から順に形成された頂部４２ａと周壁４２ｂとフランジ部４２ｃとを有する。その支持筒４２の頂部４２ａおよび周壁４２ｂは、ワークパレットＭの第２孔Ｍ２に挿入可能となっている。収容孔４１ａの上面と支持筒４２の上面との間に進出バネ４３が装着され、その進出バネ４３がバネ受け４３ａを介して支持筒４２を下方へ付勢する。

支持筒４２の周壁４２ｂにガイド孔４２ｄが周方向に所定の間隔をあけて３つ形成される（図１から図５には、ガイド孔４２ｄを１つだけ示す）。各ガイド孔４２ｄに係合部材４４が当該ガイド孔４２ｄの壁面に沿って半径方向へ移動可能に挿入される。各係合部材４４の外周部に押部４４ａが形成され、その押部４４ａがワークパレットＭの第２孔Ｍ２の内周面を押圧可能となっている。また、係合部材４４の内壁に、受け面４４ｂが上方に向うにつれて軸心に近づくように形成される。さらに、係合部材４４の外周壁と支持筒４２の外周壁とに跨って、環状の弾性部材４４ｃが装着される。

支持筒４２内にクランプロッド４５が上下方向に移動可能に挿入される。そのクランプロッド４５は、下側から順に形成される第１ロッド４５ａと第２ロッド４５ｂとを有する。その第１ロッド４５ａがピンを介して第２ロッド４５ｂに半径方向に移動可能となるように連結される。第１ロッド４５ａの下端部（先端部）が支持筒４２の内周孔に摺動可能に挿入される。その第１ロッド４５ａの下端部に楔部４６が設けられる。楔部４６は、上方に向かうにつれて狭まる（上方に向かうにつれて軸心に近づく）ように形成された楔面４６ａを有し、その楔面４６ａが係合部材４４の受け面４４ｂに下方から係合する。

収容孔４１ａに連通するシリンダ孔４７が、ハウジング４１内の上側（基端側）に形成される。そのシリンダ孔４７は、下方から順に形成された小径孔４７ａと大径孔４７ｂとを有する。小径孔４７ａにクランプロッド４５の第２ロッド４５ｂが上下方向に移動可能で保密状に挿入される。

大径孔４７ｂに筒状のピストン４８が上下方向に移動可能で保密状に挿入される。そのピストン４８の上側に第１作動室４９が形成されると共に、ピストン４８の下側に第２作動室５０が形成される。第１作動室４９には、当該１作動室４９に圧力流体を供給および排出するための第１給排路５１が連通する。第２作動室５０には、当該第２作動室５０に圧力流体を供給および排出するための第２給排路５２が連通する。また、ハウジング４１の上壁とピストン４８との間に保持バネ５３が装着され、その保持バネ５３がピストン４８を下方に付勢する。

大径孔４７ｂの下端面から筒状の支持部５４が上方に突設され、その支持部５４の上端部にガイド溝５４ａが周方向に間隔をあけて半径方向に形成される。ガイド溝５４ａに対応する位置で第２ロッド４５ｂの外周壁に溝４５ｃが下方に向かうにつれて軸心に近づくように形成され、その溝４５ｃの底壁に受け面４５ｄが形成される。また、ガイド溝５４ａに対応する位置でピストン４８の内周壁に溝４８ａが上方に向かうにつれて軸心に近づくように形成され、その溝４８ａの底壁に押面４８ｂが形成される。ガイド溝５４ａと受け面４５ｄと押面４８ｂとによって形成された楔空間に係合ボール５５が挿入される。

このような構成のクランプ装置４では、第２作動室５０の圧力流体が第２給排路５２から排出されると共に、第１給排路５１からの圧力流体が第１作動室４９に供給されることにより、ピストン４８が下降する。より詳しく言えば、第１作動室４９の圧力流体の圧力に相当する押圧力と保持バネ５３の付勢力とによってピストン４８が下降する。次いで、ピストン４８が押面４８ｂを介して係合ボール５５をガイド溝５４ａに沿って半径方向の内方に押動していくと、その係合ボール５５が受け面４５ｄを介してクランプロッド４５を上方へ押動させていく。引き続いて、楔部４６の楔面４６ａと各係合部材４４の受け面４４ｂとを介して各係合部材４４をガイド孔４２ｄに沿って半径方向の外方に移動させていく。すると、各係合部材４４の押部４４ａがワークパレットＭの第２孔Ｍ２の内周面に係合される。これにより、クランプ装置は、ワークパレットＭをクランプしたクランプ状態となる。

また、クランプ装置４では、第１作動室４９の圧力流体が第１給排路５１から排出されると共に、第２給排路５２からの圧力流体が第２作動室５０に供給されることにより、ピストン４８が上昇する。より詳しく言えば。第２作動室５０の圧力流体の圧力に相当する押圧力が、ピストン４８を保持バネ５３の下方への付勢力に抗してピストン４８を上方に移動させると共に、第２作動室５０の圧力流体がクランプロッド４５を下方に移動させる。すると、楔部４６の楔面４６ａが下方に移動されることにより、係合部材４４の外周壁と支持筒４２の外周壁とに跨って装着される環状の弾性部材４４ｃの弾性復元力によって、係合部材４４が支持筒４２の内方に移動される。これにより、クランプ装置は、ワークパレットＭをリリース下したリリース状態となる。

上記構成の固定システムは、図１から図５に示すように、以下のように動作する。
図１に示すように、ワークパレットＭは、固定装置１によってテーブルＲに固定されているとき、固定装置１の出力部材１５は上端位置にある。このため、係合ボール１４は、出力部材１５の出力面１５ｃによって半径方向の外方へ押し出され、係合位置Ｘに位置する。

次に、図２に示すように、ロボットアーム２を下降させてクランプ装置４の支持筒４２をワークパレットＭの第２孔Ｍ２に挿入し、係合部材４４の押部４４ａをワークパレットＭの第２孔Ｍ２の内周面に係合させる。これにより、クランプ装置４によって、ワークパレットＭがクランプされる。

次に、図３に示すように、シリンダ装置３のピストン３２ａを下方へ進出させていくと、押圧部材３２ｃが固定装置１の開口１２ｃから挿入されていく。次いで、押圧部材３２ｃが出力部材１５の被押圧面１５ａを下方へ押動させていく。すると、固定装置１の出力部材１５が下方へ移動し、収容孔１２ａと出力部材１５の退避溝１５ｂとの間に空間ができ、係合ボール１４が半径方向の内方に向けて移動することができるようになる。その結果、係合ボール１４がその空間内の係合解除位置Ｙに移動して固定装置１がロック解除状態となり、テーブルＲからワークパレットＭを搬送可能な状態となる。次いで、出力部材１５が下壁１３の突起部１３ａの上面に受け止められる。このとき、シリンダ装置３のピストン３２ａはストローク途中位置に移動されており、当該ストローク途中位置において、出力部材１５を介して突起部１３ａの上面に受け止められている。

次に、図４に示すように、ロボットアーム２を上昇させる。すると、クランプ装置４がワークパレットＭを持ち上げていく。すると、ロボットアーム２の上昇動作に追従するように、シリンダ装置３のピストン３２ａがストローク途中位置からストロークエンドまで下方へ進出していく。このため、押圧部材３２ｃが出力部材１５を下壁１３の突起部１３ａに押し付けた状態が維持される。よって、固定装置１のロック解除状態が継続される。

最後に、図５に示すように、ロボットアーム２をさらに上昇させると、シリンダ装置３の押圧部材３２ｃが固定装置１から引き抜かれていく。すると、固定装置１の進出バネ１６が出力部材１５を上方へ移動させていく。これにより、出力部材１５の出力面１５ｃが係合ボール１４を半径方向の外方の係合位置Ｘへ移動させる。

この実施形態は次の長所を奏する。
シリンダ装置３の押圧部材３２ｃが出力部材１５の被押圧面１５ａを押圧することにより、固定装置１をロック状態からロック解除状態に切り換えることができる。このため、ロボットアーム２に出力部材１５を押圧操作するシリンダ装置３を設けることにより、ワークパレットＭの搬送と、固定装置１のロック状態とロック解除状態との切り換えとを、ロボットアーム２で操作することが可能となる。

したがって、この実施形態によれば、操作を簡略化することが可能な固定装置１を実現することができる。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
上記の圧力流体は、圧油または、圧縮空気等であってもよい。

また、上記の固定装置は、ワークパレットやワークピースの固定用途に限定されるものではなく、金型やアタッチメント等の固定にも利用できることは勿論である。テーブルに設けられる固定装置は、複数であってもよく、１つだけであってもよい。

また、上記の固定装置は、バネ力によって駆動することに代えて、油圧力や空圧力などの流体圧力によって駆動することも可能である。

また、上記の固定装置が備える係合部材は、例示の係合ボールに代えて、摩擦力や塑性変形力によって係合するコレットであってもよい。

また、上記の可動部材の第１孔に設けられる被係合部材は、埋め込み形ブロックであってもよく、フランジ形ブロックであってもよい。その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：固定装置，２：ロボットアーム（搬送装置），３：シリンダ装置，４：クランプ装置，１２：筒部材，１２ｃ：開口，１４：係合ボール（係合部材），１５：出力部材，１６：バネ部材，３２ｃ：押圧部材，Ｍ：ワークパレット（可動部材），Ｍ１：第１孔，Ｍ２第２穴，Ｒ：テーブル（基準部材），Ｘ：係合位置，Ｙ：係合解除位置．

Claims (7)

1. 基準部材（Ｒ）に可動部材（Ｍ）を着脱可能に固定する固定装置（１）であって、
   上記可動部材（Ｍ）に形成された第１孔（Ｍ１）に挿入可能な筒部材（１２）であって、先端側に開口（１２ｃ）を有する筒部材（１２）と、
   上記筒部材（１２）の周壁に設けられると共に、上記可動部材（Ｍ）と係合する係合部材（１４）であって、上記筒部材（１２）の半径方向に移動可能な係合部材（１４）と、
   上記筒部材（１２）内に挿入され、当該筒部材（１２）の軸方向へ移動可能な出力部材（１５）であって、上記開口（１２ｃ）を介して押圧されることにより上記係合部材（１４）を係合位置（Ｘ）または係合解除位置（Ｙ）に移動させる出力部材（１５）とを備え、
   上記出力部材（１５）が押圧されたとき、上記係合部材（１４）は上記係合位置（Ｘ）から上記係合解除位置（Ｙ）に移動する、
   ことを特徴とする固定装置（１）。
2. 請求項１の固定装置（１）において、
   上記出力部材（１５）を先端側へ付勢するバネ部材（１６）をさらに備える、
   ことを特徴とする固定装置（１）。
3. 請求項１または２の固定装置（１）において、
   上記係合部材（１４）を複数の係合ボール（１４）により構成し、
   上記第１孔（Ｍ１）に被係合部材（６）が設けられており、
   上記係合ボール（１４）は、上記係合位置（Ｘ）において上記被係合部材（６）の内周面（６１ａ）に係合することにより、上記基準部材（Ｒ）に上記可動部材（Ｍ）を固定する、
   ことを特徴とする固定装置（１）。
4. 上記基準部材（Ｒ）に設けられる請求項１から３のいずれか１項の固定装置（１）と、
   上記可動部材（Ｍ）を搬送する搬送装置（２）と、
   上記搬送装置（２）に設けられるシリンダ装置（３）であって、上記開口（１２ｃ）に挿入可能な押圧部材（３２ｃ）を有するシリンダ装置（３）と、
   上記搬送装置（２）に設けられるクランプ装置（４）であって、上記可動部材（Ｍ）をクランプするクランプ装置（４）とを備える、
   ことを特徴とする固定システム。
5. 請求項４の固定システムにおいて、
   上記クランプ装置（４）は、上記可動部材（Ｍ）に形成された第２孔（Ｍ２）の内周面と係合することにより上記可動部材（Ｍ）をクランプする、
   ことを特徴とする固定システム。
6. 請求項４または５の固定システムにおいて、
   上記搬送装置（２）をロボットアーム（２）により構成し、
   上記シリンダ装置（３）および上記クランプ装置（４）は、上記ロボットアーム（２）の先端部（２ａ）に設けられる、
   ことを特徴とする固定システム。
7. 基準部材（Ｒ）に可動部材（Ｍ）を着脱可能に固定する固定装置（１）であって、
   上記可動部材（Ｍ）に形成された第１孔（Ｍ１）に挿入可能な筒部材（１２）であって、先端側に開口（１２ｃ）を有する筒部材（１２）と、
   上記筒部材（１２）の周壁に設けられると共に、上記可動部材（Ｍ）と係合する係合部材（１４）であって、上記筒部材（１２）の半径方向に移動可能な係合部材（１４）と、
   上記筒部材（１２）内に挿入され、当該筒部材（１２）の軸方向へ移動可能な出力部材（１５）であって、上記開口（１２ｃ）を介して押圧されることにより上記係合部材（１４）を係合位置（Ｘ）または係合解除位置（Ｙ）に移動させる出力部材（１５）とを備える、上記基準部材（Ｒ）に設けられる固定装置（１）と、
   上記可動部材（Ｍ）を搬送する搬送装置（２）と、
   上記搬送装置（２）に設けられるシリンダ装置（３）であって、上記開口（１２ｃ）に挿入可能な押圧部材（３２ｃ）を有するシリンダ装置（３）と、
   上記搬送装置（２）に設けられるクランプ装置（４）であって、上記可動部材（Ｍ）をクランプするクランプ装置（４）とを備える、
   ことを特徴とする固定システム。

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